JPH065984A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ及びその製造方法

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JPH065984A
JPH065984A JP4262259A JP26225992A JPH065984A JP H065984 A JPH065984 A JP H065984A JP 4262259 A JP4262259 A JP 4262259A JP 26225992 A JP26225992 A JP 26225992A JP H065984 A JPH065984 A JP H065984A
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multilayer film
layer
semiconductor laser
crystal
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JP4262259A
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English (en)
Inventor
Toyoji Ohata
豊治 大畑
Masamichi Ogawa
正道 小川
Kazuhiko Nemoto
和彦 根本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光を基板の主面に対して垂直な方向に
取り出す面発光レーザにおいて、分布反射型多層膜を用
いて低しきい値で且つ高出力化が可能な半導体レーザ及
びその製造方法を提供する。 【構成】 分布反射型多層膜２を有する化合物半導体基
体１上に、少なくとも活性層５及びクラッド層４、６が
形成され、少なくとも活性層５の側面８Ａ及び８Ｂを
｛１１０｝結晶面として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ、特に例
えば半導体レーザの出力光を基体に垂直な面方向に取り
出すいわゆる面発光型半導体レーザ及びその製造方法に
係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、光ディスク、光ファイ
バー通信用光源等として広く実用化されており、更に高
コヒーレンス化や高出力化等の特性の向上と共に、光変
調器などの機能デバイスとのモノリシック集積化が進め
られている。特に近年、光コンピュータ等における並列
光情報処理、或いは大容量並列光伝送などへの応用を考
えて、大規模な２次元集積化の実現が望まれている。し
かしながら、従来構成の半導体レーザは素子分離をしな
いと性能試験ができないなどの理由からモノリシックな
集積が極めて難しい。これに対して２次元集積化が可能
な半導体レーザとして、基板面に垂直な方向にレーザ光
を出射する面発光型のレーザが注目されている。
【０００３】このような面発光レーザとしては、例えば
通常の半導体レーザの発光端面に対向して、基板に対し
４５°の角度をなすミラー面を設け、このミラー面に反
射させてレーザ光を基板面に対し垂直な方向に取り出す
構成が採られる。そしてこのような面発光レーザをモノ
リシック構成として形成するためには、一般にＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオン
ビームエッチング）、イオンミリング等の異方性のドラ
イエッチングを利用することにより、例えば基板上に形
成した半導体層に対して基板に垂直な方向からと、４５
°程度の斜め方向からとの２回の異方性エッチングを行
うことによってレーザ光出射端面とミラー面とを形成し
て得ることができる。
【０００４】しかしながら、このような異方性ドライエ
ッチングにより形成する場合、そのエッチング界面には
かなりのダメージが生じ、活性層端面やミラー面を原子
層オーダー程度の平坦性をもって形成することが難し
く、また活性層端面に高反射膜を被着する場合はこの被
着によって活性層がダメージを受け、特性の変動や低下
を生じるという不都合が生じ、レーザ光を効率よく面方
向に取り出すことは難しい。
【０００５】このため、基板上に半導体層と反射面とを
積層して基板面に垂直な方向に共振器を形成し、垂直方
向にレーザ光を出射させる構成が提案されている。この
ような積層構成の半導体レーザの一例を図Ａを参照して
説明する。この例においては、基板２１上に半導体層等
を積層した後、基板２１の裏面側に孔部３１を穿設して
裏面側からレーザ光を出射させる構成としたものであ
る。
【０００６】このような半導体レーザの形成方法として
は例えば、ＧａＡｓ等より成る化合物半導体基板２１に
例えばｎ型のＧａＡｓ等より成るバッファ層２２、ｎ型
ＡｌＧａＡｓ等より成るクラッド層２３、ＧａＡｓとＡ
ｌＧａＡｓとを交互に積層して成る分布反射型多層膜２
４、更にＧａＡｓ等より成る活性層２５、ｐ型のＡｌＧ
ａＡｓ等より成るクラッド層２６、ｐ型のＧａＡｓ等よ
り成るキャップ層２７等が順次積層されて構成される。
そしてキャップ層２７を符号２８で示す活性領域の図に
おいて下部のみを残して除去するように、クラッド層２
６に達する溝をフォトリソグラフィ等の適用により穿設
した後、ＳｉＮX 等より成る誘電体反射膜２９を全面的
に被着し、分布反射型多層膜２４と誘電体反射膜２９と
の間で矢印Ｇで示すように共振器を構成する。
【０００７】そして、活性領域２８の下部において誘電
体反射膜２９に例えばリング状凹部を穿設して、この凹
部内を含めて全面的に例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕの積層に
よる電極３０を被着して、基板２１の裏面にも同様の電
極３１を被着した後、孔部３２を穿設して、上述したよ
うにこの孔部３２から矢印ＬO で示すように基板２１の
孔部３１からレーザ光出力を得ている。
【０００８】このように、レーザ反射鏡として分布反射
型多層膜を用いることによって９５％以上の高い反射率
を得ることができ、レーザの低しきい値化をはかること
ができるものである。しかしながら、このような分布反
射型多層膜は多数のヘテロ障壁を含むため、低抵抗のｐ
型伝導を得るのが困難であり、多層膜反射鏡を電流注入
型レーザに用いる場合、低抵抗化が難しいという問題が
ある（例えば「応用物理」第６０巻第１号（１９９
１）、ｐ．２〜１３）。分布反射型多層膜として誘電体
多層膜を用いることも考えられるが、この場合製造工程
が複雑になるだけでなく、電流注入が難しくなるという
問題も生じる。
【０００９】また上述の構成では共振器が垂直方向に形
成されるため、利得領域長が活性層の厚さによって決ま
り、これを大とすることが難しく、得られる利得が小さ
い。このため、充分な低しきい値化をはかるためには、
分布反射型多層膜を９５％程度以上の高反射率とする必
要がある。しかしながらこのように出射端面を高反射率
とする場合は、逆に外部への出射光量が小となることか
ら、高出力のレーザには適用し難いという問題がある。
【００１０】一方、充分に高出力の得られる構造とし
て、通常の水平共振器型レーザの端面近傍に４５°反射
鏡を形成して基板面に垂直な出力を得るものがある（例
えば"J.H.Kim et al. Appl.Phys.Lett.57(1990)pp2048-
2050" ）。この構成は原理的には簡単であるが、一般に
共振器端面や４５°外部反射鏡をＲＩＢＥ等のエッチン
グ技術を用いて作製するため、製造工程が複雑で且つ端
面や外部反射鏡の平面度や角度精度の制御が難しい。そ
のため出射角のずれや収差等が生じる恐れがある。
【００１１】更に、充分な高出力が得られる別の構造と
して、通常の水平共振器型レーザ構造を作製した後、垂
直な端面を形成せずに４５°エッチングを行ってその斜
め端面を内部全反射鏡とし、曲がり共振器を構成する例
が報告されている（例えば"N.Hamao et al. Appl.Phys.
Lett.54(1989)pp2389-2391" ）。しかしながらこの構造
でも上述の外部反射鏡型と同様にＲＩＢＥ等のエッチン
グ技術を利用して作製するため、上述の例と同様の問題
が生じる。特に４５度反射鏡の角度精度は極めて困難と
なる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分布反射型
多層膜を用いて低しきい値で且つ高出力化が可能な面発
光型構成の半導体レーザ及びその製造方法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザは、
その一例の略線的拡大断面図を図１に示すように、分布
反射型多層膜２を有する化合物半導体基体１上に、少な
くとも活性層及びクラッド層、この場合第１のクラッド
層４、活性層５及び第２のクラッド層６を形成し、少な
くとも活性層５の側面８Ａ及び８Ｂを｛１１０｝結晶面
として構成する。
【００１４】また本発明半導体レーザは、上述の構成に
おいて第１のクラッド層４、活性層５及び第２のクラッ
ド層６は、側面８Ａ及び８Ｂが〈００１〉結晶軸方向に
延長して成るメサ状に形成する。
【００１５】また更に本発明は、上述の構成による半導
体レーザにおいて、図２にその一例の略線的拡大断面図
を示すように、活性層５を分布反射型多層膜に接するよ
うに設け、少なくともこの分布反射型多層膜２の側面を
化合物半導体基体１の主面１Ｓに対し４５°を成す角度
をもってエッチング形成して構成する。
【００１６】また更に本発明による半導体レーザの製造
方法は、その一例の工程図を図３Ａ及びＢに示すよう
に、化合物半導体基体１の｛１００｝結晶面より成る主
面１Ｓ上に、順次少なくとも分布反射型多層膜２、活性
層５及びクラッド層３６を、少なくとも活性層５の側面
が〈００１〉結晶軸方向に延長する｛１１０｝結晶面よ
り構成されるように形成した後、全面的に無選択エッチ
ングを行って活性層５の側面をエッチング処理する。
【００１７】また本発明半導体レーザは、図１に示すよ
うに、化合物半導体基体１上に、側部２０Ａ及び２０Ｂ
が〈００１〉結晶軸方向に延長するメサ突起２０を設
け、このメサ突起２０の上に分布反射型多層膜２を有
し、メサ突起２０を覆うように少なくとも活性層及びク
ラッド層、この場合第１のクラッド層４、活性層５及び
第２のクラッド層６を形成し、少なくとも活性層５の側
面８Ａ及び８Ｂを｛１１０｝結晶面として構成し、活性
層５から側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反射型多層膜２
で反射される共振器を構成する。
【００１８】更にまた本発明半導体レーザは、その一例
の略線的拡大断面図を図４に示すように、化合物半導体
基体１上に分布反射型多層膜２を有し、分布反射型多層
膜２上に化合物半導体より成るメサ突起２０をその側部
２０Ａ及び２０Ｂが〈００１〉結晶軸方向に延長するよ
うに設け、少なくとも活性層及びクラッド層、この場合
第１のクラッド層４、活性層５、第２のクラッド層６を
メサ突起２０を覆うように形成して、少なくとも活性層
５の側面８Ａ及び８Ｂを｛１１０｝結晶面として構成
し、活性層５から側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反射型
多層膜２で反射される共振器を構成する。
【００１９】また本発明半導体レーザは、その一例の略
線的拡大断面図を図５に示すように、分布反射型多層膜
２が形成された化合物半導体基体１上に、側面８Ａ及び
８Ｂが｛１１０｝結晶面より成り〈００１〉結晶軸方向
に延長する少なくとも活性層及びクラッド層、この場合
第１のクラッド層４、活性層５及び第２のクラッド層６
から成るメサ状突起５０を形成して構成し、活性層５か
ら側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反射型多層膜２で反射
される共振器を構成する。
【００２０】更にまた本発明半導体レーザは、その一例
の略線的拡大断面図を図６に示すように、化合物半導体
基体１上に、側面８Ａ及び８Ｂが｛１１０｝結晶面より
成り〈００１〉結晶軸方向に延長する少なくとも分布反
射型多層膜と活性層とクラッド層、この場合分布反射型
多層膜２と、第１のクラッド層４、活性層５及び第２の
クラッド層６から成るメサ状突起５０を形成して構成
し、活性層５から側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反射型
多層膜２で反射される共振器を構成する。
【００２１】
【作用】上述したように、本発明半導体レーザにおいて
は、分布反射型多層膜２を有する化合物半導体基体１上
に、｛１１０｝結晶面より成る側面８Ａ及び８Ｂを有す
る活性層５が形成されて成る構成を採るものであるが、
このような｛１１０｝結晶面は、化合物半導体基体１上
に、図１〜図４に示すように〈００１〉結晶軸方向に延
長するメサ突起２０を設けるか、または図５及び図６に
示すように〈００１〉結晶軸に延長するマスク１３を設
けた後に、ＭＯＣＶＤ（有機金属による化学的気相成
長）法等のエピタキシャル成長方法により化合物半導体
層を成長することによって自然発生的に得られる。
【００２２】即ち、〈００１〉結晶軸方向に延長するメ
サ突起２０の側部２０Ａ及び２０Ｂ又はマスク１３の側
部１３Ａ及び１３Ｂから｛１１０｝結晶面が発生する
と、この｛１１０｝結晶面上ではエピタキシャル成長速
度が極めて遅いことから、化合物半導体層の成長側面８
Ａ及び８Ｂをこの｛１１０｝結晶面により形成しながら
成長することができる。つまり、少なくとも活性層の側
面８Ａ及び８Ｂを、基体の主面に対し４５°をなす｛１
１０｝結晶面により構成できることとなる。
【００２３】そしてこのように活性層側面８Ａ及び８Ｂ
が｛１１０｝結晶面より成る場合、活性層内で励起され
た発振光は側面８Ａ及び８Ｂによってこれをミラー面と
して垂直下方向に反射され、基体１に設けられる分布反
射型多層膜２に向かうこととなる。即ちこのような構成
とすることによって、分布反射型多層膜２から活性層の
一方の側面８Ａを介して活性層内を通って他方の側面８
Ｂを介して再び分布反射型多層膜２で反射されるいわば
下向きのコ字型に屈曲した共振器が構成され、基体１の
裏面１Ｒ側に破線矢印ａ及びｂで示すようにレーザ光を
出射させることができる。
【００２４】このように本発明半導体レーザでは、その
活性層の側面８Ａ及び８ＢをＲＩＥ等のドライエッチン
グを適用することなく構成し得るため、活性層がダメー
ジを受けることを回避でき、正確な４５°のミラー面を
得ることができる。
【００２５】また、図１において矢印ｄで示すように、
活性層５の長さ（幅）方向を含んで共振器を構成するこ
とから、この長さを大とすることによって充分利得領域
長の大なる共振器を得ることができるため、分布反射型
多層膜２の厚さを大としたり、その反射率を極めて大と
することなく充分高い利得を得ることができることとな
り、低しきい値化と共に高出力化をはかることができ
る。
【００２６】また本発明半導体レーザでは、曲がり共振
器構成を採ることから分布反射型多層膜２を活性層５と
基体１との間に設けるのみで共振器を構成することがで
きることとなり、ｎ型の分布反射型多層膜のみにより面
発光レーザを構成することができて、ｐ型の分布反射型
多層膜による高抵抗化を回避することができる。
【００２７】また本発明において、特に分布反射型多層
膜２の側面を、全面的な無選択エッチングにより化合物
半導体基体１の主面１Ｓに対し４５°を成す角度をもっ
てエッチング形成して構成することにより、図２に示す
ように活性層５の側面８Ａ及び８Ｂを実質的にその共振
器の内側方向にシフトさせ、この側面８Ａ及び８Ｂで反
射される光の光路を確実に分布反射型多層膜２に向かわ
せることができ、光の伝搬損失を抑えて光フィードバッ
ク効率の低下を回避することができる。
【００２８】
【実施例】以下本発明半導体レーザの各例を図面を参照
して詳細に説明する。各例共に、分布反射型多層膜２を
有する化合物半導体基体１上に、第１のクラッド層４、
活性層５及び第２のクラッド層６、又は活性層５及びク
ラッド層３６の各半導体層が形成され、活性層５の両側
面８Ａ及び８Ｂが｛１１０｝結晶面として構成され、そ
してこれら各層の側面が矢印Ａで示す〈００１〉結晶軸
方向に延長して成るメサ状に形成される場合を示す。
【００２９】図１に示す本発明半導体レーザは、ＧａＡ
ｓ等の化合物半導体基体１の｛１００｝結晶面の例えば
（１００）結晶面より成る主面１Ｓ上に、矢印Ａで示す
〈００１〉結晶軸方向の例えば〔００１〕結晶軸方向に
その側部２０Ａ及び２０Ｂが延長するメサ突起２０を設
け、このメサ突起２０の上に分布反射型多層膜２を有
し、メサ突起２０を覆うようにこの場合第１のクラッド
層４、活性層５、第２のクラッド層６及びキャップ層７
をＭＯＣＶＤ法等により形成して、この場合第１のクラ
ッド層４、活性層５及び第２のクラッド層６の両側面８
Ａ及び８Ｂを｛１１０｝結晶面とし、例えば側面８Ａを
（１−１０）面、側面８Ｂを（１１０）面として構成す
る。
【００３０】これらの｛１１０｝結晶面は、｛１００｝
結晶面より成る主面１Ｓに対し４５°の角度を成し、矢
印ｃで示すように活性層５内で励起された光は両側面８
Ａ及び８Ｂにより図１において下方に反射され、分布反
射型多層膜２により再び矢印ｃ及びｅで示すように上方
に反射されて側面８Ａ及び８Ｂを介して活性層５内に戻
され、下向きのコ字型に屈曲した共振器が構成される。
【００３１】９及び１０はそれぞれキャップ層７上と基
体１の裏面１Ｒ上に被着される電極である。この構成に
おいて、活性層５から両側面８Ａ及び８Ｂを介して分布
反射型多層膜２で反射される共振器を構成する。
【００３２】このような半導体レーザの製造方法の一例
を図７Ａ〜Ｃの製造工程図を参照して説明する。図７に
おいて、図１に対応する部分には同一符号を付して重複
説明を省略する。先ず図７Ａに示すように、例えばｎ型
ＧａＡｓより成る化合物半導体基体１上に、ＭＯＣＶＤ
法等により、ｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＧａＡｓとを積層
した分布反射型多層膜２を被着形成する。この分布反射
型多層膜２は、例えば励起波長を１μｍとし、ＧａＡｓ
の屈折率を３．５０、Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓの屈折率を
３．０６４として、反射率が７０％となるようにその膜
厚を選定し、即ちｎ型ＧａＡｓ層を５００ｎｍ被着した
後、厚さ８１．６ｎｍのｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層と
厚さ７１．４ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層とを交互に１０層ず
つ積層してこの分布反射型多層膜２を構成した。
【００３３】そしてこの後図７Ｂに示すように、フォト
リソグラフィ等の適用により、〈００１〉結晶軸方向に
延長するレジストマスク１４を形成し、これをマスクと
してＲＩＥ等の異方性エッチングを行って、基体１に達
する深さの溝３を形成して、これら溝３の間にメサ突起
２０を構成する。この場合、〈００１〉結晶軸の例えば
〔００１〕結晶軸方向と〔０−１０〕結晶軸方向とに延
長する側部２０Ａ及び２０Ｂを有する平面長方形のパタ
ーンとして形成し、図７Ｂにおいて矢印Ａで示す図７の
紙面に直交する〔００１〕結晶軸方向に沿う長辺を２０
０μｍ、矢印Ｂで示す〔０−１０〕結晶軸方向に沿う短
辺を１００μｍとした。メサ突起２０の両側面１５Ａ及
び１５Ｂはそれぞれ（０−１０）結晶面と（０１０）結
晶面となる。
【００３４】次に図７Ｃに示すように、この分布反射型
多層膜２の上に、第１のクラッド層４、活性層５及び第
２のクラッド層６を順次ＭＯＣＶＤ法によって成長温度
を約８００℃としてエピタキシャル成長した。この場
合、第１のクラッド層として厚さ０．２μｍのｎ型のＧ
ａＡｓ層と、厚さ１．０μｍのｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓ層を被着した後、図示しないがガイド層として、厚さ
５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層と厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡ
ｓ層とを被着し、また活性層５としてｉ型Ｉｎ0. 15Ｇａ
0.85Ａｓ層を被着し、更にガイド層として厚さ５０ｎｍ
のＧａＡｓ層、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層を形成
し、その上にｐ+ のＧａＡｓより成るキャップ層（図示
せず）を厚さ０．３μｍとして被着する。
【００３５】このとき、各層の側面８Ａ及び８Ｂは、基
体１の主面１Ｓと４５°の角度をなす｛１１０｝結晶面
の例えば（１−１０）結晶面及び（１１０）結晶面とし
て構成される。即ちこれら｛１１０｝結晶面がメサ突起
２０の側部から延長して生じると、この｛１１０｝結晶
面上では極めてエピタキシャル成長速度が遅いことか
ら、これら側面８Ａ及び８Ｂ上の各層の厚さは極めて薄
くなり、側面８Ａ及び８Ｂは上述したように｛１１０｝
結晶面により構成されることとなる。
【００３６】そしてこのような構成とすることによっ
て、活性層５における発振光は、図７Ｃにおいて矢印Ｃ
で示すように、側面８Ａ及び８Ｂをミラー面として垂直
下方向に反射され、分布反射型多層膜２に反射されてこ
の分布反射型多層膜２から活性層の両側面８Ａ及び８Ｂ
を介して再び活性層内に入射され、いわば下向きのコ字
型に屈曲した共振器が構成されることとなる。
【００３７】この後図１に示すようにキャップ層７上
と、基体１の裏面１Ｒ上とにＡｕＺｎ等より成る金属層
を蒸着等により被着した後、フォトリソグラフィ等によ
り所要のパターンにパターニングして電極９及び１０を
形成し、本発明半導体レーザを得ることができる。そし
てこれら電極９及び１０間に所要の電流を通電すること
によって、破線矢印ａ及びｂで示すように基体１の裏面
１Ｒ側にレーザ発振させることができた。このとき活性
層５のバンドギャップを基体１のバンドギャップに比し
小として構成したことから、この場合波長約１μｍの発
振光は、ＧａＡｓより成る基体１に吸収されずに外部へ
出射されることとなり、面発光レーザを得ることができ
る。
【００３８】また、この場合のメサ突起２０上の上面か
らみた平面図を図８に示す。第１のクラッド層、活性層
及び第２のクラッド層等より構成される半導体層１６の
側面は、長方形パターンとされたメサ突起２０の長辺に
沿う側面８Ａ及び８Ｂと、短辺に沿う側面１８Ａ及び１
８Ｂにより囲まれて成長する。これら側面１８Ａ及び１
８Ｂもまた基体の主面と４５°の角度をなす｛１１０｝
結晶面の例えば（１０−１）結晶面及び（１０１）結晶
面より構成される。そしてこの場合長辺に沿う矢印Ｄで
示す方向における励起光が最初に発振され、次いで短辺
に沿う矢印Ｅで示す方向に励起光が発振されて、それぞ
れ基体の裏面側に出射される。これら長辺側の発振と短
辺側の発振とはそれぞれしきい値が異なるため、メサ突
起２０の幅及び長さ等を適切に選定することによって、
２段階発振を行うようになすことができる。
【００３９】また、上述の例においてはメサ突起２０を
ＲＩＥ等の異方性エッチングによって基体１に垂直な方
向に溝３を形成したが、その他例えば基体１上に分布反
射型多層膜２を形成した後、ウェットエッチング液によ
る等方性エッチングを行って、図９に示すように湾曲し
た側面を有し、その頂面と側面とに挟まれた側部１９が
〈００１〉結晶軸方向に延長するようにメサ突起２０を
形成し、この上に各層をエピタキシャル成長することに
よっても本発明半導体レーザを得ることができる。
【００４０】次に図２を参照して本発明の他の例を詳細
に説明する。図２において、図１に対応する部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。この例において
は、分布反射型多層膜２上に直接接するように活性層５
及びｐ型のクラッド層３６を連続的にＭＯＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長した場合を示し、その分布反射型
多層膜２と、更にこの場合活性層５及びクラッド層３６
の側面８Ａ及び８Ｂを、主面１Ｓに対し４５°を成す角
度をもってエッチング形成して構成する。
【００４１】このような半導体レーザの製造方法の一例
を図３Ａ及び３Ｂを参照して説明する。図３において、
図２に対応する部分には同一符号を付して示す。先ずこ
の場合図３Ａに示すように、ｎ型のＧａＡｓ等より成る
化合物半導体基体１の主面１Ｓ上に、矢印Ａで示す〈０
０１〉結晶軸方向に延長するｎ型の分布反射型多層膜２
を被着した後、ＲＩＥ等の異方性エッチングによりメサ
突起２０を形成し、その後ｉ型のＧａＡｓ等より成る活
性層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ等より成るクラッド層３６を順
次ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長する。
【００４２】このように、活性層５を分布反射型多層膜
２に接して形成する場合、光共振器の反射鏡面となる活
性層５の側面８Ａ及び８Ｂは、メサ突起２０の側部２０
Ａ及び２０Ｂより外側にシフトしてしまう。従ってこの
ままでは、４５°反射鏡となる側面８Ａ及び８Ｂで反射
した光は、その反射した位置から分布反射型多層膜２ま
で光導波構造をもたないために、回折して広がってしま
うこととなり、分布反射型多層膜２で反射した光が再び
活性層５に戻るときに損失が生じて、光フィードバック
効率の低下を招く恐れがある。
【００４３】しかしながら、本発明においてはこのよう
な構成に対し例えばＳｉＣｌ4 やＣｌ2 、又はＳｉＣｌ
4 とＨｅとの混合ガス等のエッチングガスを用いて全面
的に無選択エッチングを行う。これにより、メサ突起２
０上の各層は元の形状を保ったままエッチングされ、図
３Ｂに示すように、活性層５の側面８Ａ及び８Ｂが共振
器の内側にシフトすることとなり、この４５°反射鏡で
反射した光は確実に且つ直接的に分布反射型多層膜２に
カップリングして、上述したような活性層５を分布反射
型多層膜２に接して設ける場合の回折による損失を低減
化することができ、光フィードバック効率を高めること
ができる。
【００４４】尚この場合、活性層５の側面８Ａ及び８Ｂ
が露出することとなるが、例えば無選択エッチング後に
更にＧａＡｓ等の半導体層をごく薄く再成長させるか、
或いは誘電体保護膜を被着ことによって端面劣化を抑制
することができる。
【００４５】また、このような製造方法を利用して、例
えば図１０及び図１１にそれぞれ各例の製造工程を示す
ように、各種構成をもって半導体レーザを形成すること
ができる。図１０及び図１１において、図２及び図３に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。
【００４６】先ず図１０Ａ及びＢに示す例においては、
化合物半導体基体１上に、上述の例と同様に矢印Ａで示
す〈００１〉結晶軸方向に沿う縁部を有するメサ突起２
０を形成した後、上述の例と同様の組成をもって連続的
に分布反射型多層膜２、活性層５及びクラッド層３６を
ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長したものであ
る。この場合図１０Ａに示すように、分布反射型多層膜
２、活性層５及びクラッド層３６の各層はメサ突起２０
の縁部から延長するようにそれぞれ｛１１０｝結晶面を
構成しながら成長する。
【００４７】その後、全面的に無選択エッチングを施す
ことによって、図１０Ｂに示すように活性層５の側面８
Ａ及び８Ｂが内側にシフトされ、側面８Ａ及び８Ｂで反
射された光が確実に且つ直接的に分布反射型多層膜２に
向かうこととなり、効率良くレーザを発振させることが
できる。
【００４８】また、図１１Ａに示すように、化合物半導
体基体１上に〈００１〉結晶軸方向に延長する縁部を有
するマスク１３、例えば誘電体層をフォトリソグラフィ
等の適用により形成した後、分布反射型多層膜２、活性
層５及びクラッド層３６を順次ＭＯＣＶＤ法等によりエ
ピタキシャル成長すると、各層により｛１１０｝結晶面
を側面とするメサ状突起５０が形成される。
【００４９】その後無選択エッチングを施すと、図１１
Ｂに示すように、活性層５の側面８Ａ及び８Ｂが内側に
シフトされ、この場合においても側面８Ａ及び８Ｂで反
射された光が確実に且つ直接的に分布反射型多層膜２に
向かうこととなり、効率良くレーザを発振させることが
できる。
【００５０】次に図４を参照して本発明半導体レーザの
他の例を詳細に説明する。図４において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
場合、化合物半導体基体１上に分布反射型多層膜２を有
し、分布反射型多層膜２上に化合物半導体の例えばｎ型
のＧａＡｓ層より成るバッファ層１２を被着した後、上
述の図１の例と同様に所要のパターンのレジストマスク
等を被着してこれをマスクとして異方性エッチングを行
って側部２０Ａ及び２０Ｂが〈００１〉結晶軸方向に延
長するメサ突起２０が設けられ、メサ突起２０を覆うよ
うに例えば上述の図１の例と同様の材料構成をもって第
１のクラッド層４、活性層５、第２のクラッド層６、更
にキャップ層７が例えばＭＯＣＶＤ法により成長温度を
８００℃として形成される。
【００５１】この場合においても活性層５の両側面８Ａ
及び８Ｂが基体１の主面１Ｓと４５°の角度をなす｛１
１０｝結晶面として構成され、矢印ｃ、ｄ及びｅで示す
ように活性層５から両側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反
射型多層膜２で反射される共振器を構成する。そして裏
面１Ｒ側に破線矢印ａ及びｂで示すようにレーザ光を発
振させることができる。
【００５２】次に図５を参照して本発明半導体レーザの
他の例を詳細に説明する。図５において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
例においては、分布反射型多層膜２が形成された化合物
半導体基体１上に、第１のクラッド層４、活性層５及び
第２のクラッド層６、キャップ層７が例えば前述の図１
において説明した例と同様の材料構成をもって形成され
て成る。
【００５３】この場合、フォトリソグラフィ等の適用に
よりＳｉＯ2 、ＳｉＮX 等より成るマスク１３を矢印Ａ
で示す〈００１〉結晶軸方向に延長するパターンとして
設け、更にＳｉＯ2 等より成るこのマスク１３上に化合
物半導体層が成長されないように、例えば減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法等により成長温度を８００℃程度として各層４、
５、６及び７を成長することによって、マスク１３の縁
部から基体１の主面１Ｓと４５°をなす｛１１０｝結晶
面を自然発生的に生じさせ、側面８Ａ及び８Ｂが｛１１
０｝結晶面より成り〈００１〉結晶軸に延長するように
第１のクラッド層４、活性層５及び第２のクラッド層６
から成るメサ状突起５０を構成する。
【００５４】このようにして、矢印ｃ、ｄ及びｅで示す
ように活性層５から両側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反
射型多層膜２で反射される共振器を構成する。そしてこ
の場合においても裏面１Ｒ側に破線矢印ａ及びｂで示す
ようにレーザ光を発振させることができる。
【００５５】次に図６を参照して本発明半導体レーザの
他の例を詳細に説明する。図６において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
例においても、化合物半導体基体１上に、分布反射型多
層膜２と、第１のクラッド層４、活性層５及び第２のク
ラッド層６、キャップ層７が、例えば前述の図１におい
て説明した例と同様の材料構成をもって形成されて成
る。
【００５６】そしてこの場合においても、矢印Ａで示す
〈００１〉結晶軸方向に延長するパターンとしてフォト
リソグラフィ等の適用によりマスク１３を形成した後上
述の各層２、４、５、６及び７を例えばＭＯＣＶＤ法に
より成長温度を８００℃程度として成長することによっ
て、マスク１３の縁部から基体１の主面１Ｓと４５°を
なす｛１１０｝結晶面が自然発生的に生じ、各層の側面
が｛１１０｝結晶面より成り〈００１〉結晶軸方向に延
長するメサ状突起５０が構成される。
【００５７】このようにして、矢印ｃ、ｄ及びｅで示す
ように活性層５から両側面８Ａ及び８Ｂを介して分布反
射型多層膜２で反射される共振器を構成する。そして裏
面１Ｒ側に破線矢印ａ及びｂで示すようにレーザ光を発
振させることができる。
【００５８】尚、図５及び図６に示す例においては、マ
スク１３の表面に半導体層が被着されない程度であれ
ば、このマスク１３の高さを任意に選定することができ
る。
【００５９】上述したように図１及び図４〜図６におい
て説明した半導体レーザにおいては、その活性層の側面
８Ａ及び８ＢをＲＩＥ等のドライエッチングを適用する
ことなく１回の結晶成長により構成することができて、
各層及び基体１の主面１Ｓに対し４５°の角度をなすミ
ラー面を良好な結晶性をもって得ることができる。
【００６０】また、上述の各実施例においてメサ突起２
０またはマスク層１３に囲まれた領域を基体１上に多数
形成することにより、半導体レーザの２次元アレイ化を
容易に行うことができる。
【００６１】更に、活性層５の長さ（幅）方向を含んで
共振器を構成することから、この長さを大とすることに
よって充分利得領域長の大なる共振器を得ることができ
るため、分布反射型多層膜２の厚さを大としたり、その
反射率を極めて大とすることなく例えば上述したように
７０％程度とすることができて、充分高い利得を得るこ
とができることとなり、動作電流密度を低減化できて、
低しきい値化と共に高出力化をはかることができる。
【００６２】更にまた、分布反射型多層膜２を活性層５
と基体１との間に設けるのみで共振器を構成することが
できることから、ｎ型の分布反射型多層膜のみにより面
発光レーザを構成することができ、ｐ型の分布反射型多
層膜による高抵抗化を回避することができる。
【００６３】またこの場合、｛１１０｝結晶面より成る
側面８Ａ及び８Ｂ上、また図６における側面１８Ａ及び
１８Ｂ上においても、ある程度の厚さの半導体層が形成
されることとなる。このため、各活性層５の側面が外部
に露出することなく、より屈折率の小さい（バンドギャ
ップの大きい）クラッド層６に覆われることとなって、
活性層５の側面８Ａ及び８Ｂにおけるレーザ光の吸収を
防ぐ窓構造を構成し、臨界光出力を高くすることができ
る。
【００６４】尚、図５及び図６においては｛１１０｝結
晶面上に成長される薄い半導体層を省略して示している
が、これらの例においても図１及び図４における例と同
様に、｛１１０｝結晶面上に薄い半導体層が成長するこ
とはいうまでもない。
【００６５】次に、図１２を参照して本発明半導体レー
ザの他の例を詳細に説明する。この例においては、図１
に示す半導体レーザにおいて、第２のクラッド層６上
に、ヘテロフォトトランジスタ（ＨＰＴ）４０を形成し
て複合素子を構成した場合を示し、図１２において、図
１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。
【００６６】図１２において４１は例えば厚さ４μｍの
ｐ型ＧａＡｓ等より成る光吸収層で、第２のクラッド層
６上に連続して設けられる。そしてこの上に厚さ例えば
５００ｎｍのｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ等より成るコレ
クタ層４２、厚さ例えば数十〜数百ｎｍのｎ型ＧａＡｓ
等より成るベース層４３、厚さ例えば１μｍのｐ型Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ等より成るエミッタ層４４、更に厚さ
例えば１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ等より成るキャップ層
４５を順次ＭＯＣＶＤ法等により被着し、更にこの上に
ｐ型の電極４６を蒸着、フォトリソグラフィ等により例
えば櫛型パターン、格子状パターン等として、矢印Ｌi
で示す電極４６上からの入力光がトランジスタ４０の結
晶内に入り込むように形成する。
【００６７】このような構成とすることにより、入力光
Ｌi によって増幅された電流がレーザ内に入り込み、下
部の活性層５及び分布反射型多層膜２において励起発振
されたレーザ光が矢印ａ及びｂで示すように基体１の裏
面１Ｒ側に出射され、入出力光を同一方向に出射する光
機能素子を得ることができる。
【００６８】このとき、入力光Ｌi によって発振したレ
ーザは、レーザ光以外に四方に（即ち方向性をもたず
に）自然放出光も放っている。光吸収層４１の厚さが上
述したように４μｍ程度と充分大とされた場合は、この
自然放出光はトランジスタ４０のベース層４３に届か
ず、入力光Ｌi を止めることによりレーザ発振も止まる
こととなる。
【００６９】一方光吸収層４１の厚さを比較的薄くした
り、または光吸収層４１にＡｌを含有させる等してバン
ドギャップを大とする場合は、自然放出光が吸収層４１
を通過してベース層４３に達するため、この光により増
幅されていわゆる正帰還がかかり、この状態で入力光Ｌ
i を止めても、レーザ自身の自然放出光によってレーザ
は発振し続けることとなり、いわば光メモリ機能素子を
得ることができる。
【００７０】尚、このようにフォトトランジスタを組み
込む構成は、上述の例に限ることなく、図４〜図６にお
いて説明した例等、種々の構成の本発明半導体レーザに
適用することができることはいうまでもない。また、特
にフォトトランジスタとして上述したようにＨＰＴを構
成する場合は、より高い増幅を得るためには上述した例
の如くダブルヘテロ型の他、エミッタとベースとの間に
ヘテロ接合を設けたシングルヘテロ型構成とか、或いは
コレクタ側のＡｌ含有量を小さくした非対称なダブルヘ
テロ型構成とすることもできる。
【００７１】また、本発明半導体レーザは上述の各例に
限定されるものではなく、各層の導電型を逆としたり、
各半導体層の材料としてＩｎＧａＡｓ系やＩｎＰ系材料
を用いるか、或いは分布反射型多層膜を化合物半導体基
体の裏面側に設ける等、その他種々の材料構成の変形変
更をなし得ることはいうまでもない。
【００７２】
【発明の効果】上述したように、本発明半導体レーザに
よれば、活性層の側面８Ａ及び８Ｂを１回の結晶成長に
より構成することができて、各層及び化合物半導体基体
の主面に対し４５°の角度をなすミラー面を良好な結晶
性をもって簡単且つ確実に得ることができる。
【００７３】また他の本発明半導体レーザ及びその製造
方法においては、分布反射型多層膜上にこれに接するよ
うに活性層を設ける場合においても、その後無選択エッ
チングを施すことによって活性層端の反射鏡面となる側
面を共振器の内側にシフトさせることにより、発振光が
回折することなく分布反射型多層膜内に向かう構成とす
ることができて、光フィードバック効率を高めることが
できる。
【００７４】また、これら本発明半導体レーザにおいて
は、メサ突起等を多数個形成することによって２次元ア
レイ化を容易に行うことができる。
【００７５】更に本発明によれば、活性層の長さ（幅）
方向を含んで共振器を構成することから、この長さを大
とすることによって充分利得領域長の大なる共振器（キ
ャビティ）を得ることができて、これにより分布反射型
多層膜の反射率を７０％程度とすることができるため、
低しきい値化と共に高出力化をはかることができる。
【００７６】更にまた、ｎ型の分布反射型多層膜のみに
より面発光レーザを構成することができ、ｐ型の分布反
射型多層膜による高抵抗化を回避することができる。
【００７７】また活性層に比し屈折率の小なる半導体層
が活性層の側面上に被着され、いわゆる窓構造を構成す
ることができるため、臨界光出力を高くすることができ
る。
【００７８】更に、第２のクラッド層上にフォトトラン
ジスタを構成することにより、入出力光を同一方向に出
射する光機能素子を得ることができる。
【００７９】またフォトトランジスタを設けるときにそ
の光吸収層の厚さ、組成等を適切に選定することによっ
て、光メモリ機能素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。
【図２】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断面
図である。
【図３】本発明半導体レーザの製造方法の一例の製造工
程図である。
【図４】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断面
図である。
【図５】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断面
図である。
【図６】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断面
図である。
【図７】本発明半導体レーザの一例の製造工程図であ
る。
【図８】本発明半導体レーザの一例の要部の略線的拡大
平面図である。
【図９】本発明半導体レーザの他の例の要部の略線的拡
大断面図である。
【図１０】本発明半導体レーザの製造方法の他の例の製
造工程図である。
【図１１】本発明半導体レーザの製造方法の他の例の製
造工程図である。
【図１２】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断
面図である。
【図１３】従来の半導体レーザの一例の略線的構成図で
ある。
【符号の説明】
１ 化合物半導体基体 ２ 分布反射型多層膜 ４ 第１のクラッド層 ５ 活性層 ６ 第２のクラッド層 ７ キャップ層 ８Ａ 側面 ８Ｂ 側面 ９ 電極 １０ 電極 １３ マスク ２０ メサ突起 ２０Ａ 側部 ２０Ｂ 側部 ５０ メサ状突起

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 分布反射型多層膜を有する化合物半導体
    基体上に、少なくとも活性層及びクラッド層が形成さ
    れ、少なくとも上記活性層の側面が｛１１０｝結晶面よ
    り成ることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 上記活性層及びクラッド層は、その側面
    が〈００１〉結晶軸方向に延長して成るメサ状に形成さ
    れることを特徴とする上記請求項１に記載の半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項３】 上記活性層が上記分布反射型多層膜に接
    して設けられ、少なくとも上記分布反射型多層膜の側面
    が上記化合物半導体基体の主面に対し４５°を成す角度
    をもってエッチング形成されて成ることを特徴とする上
    記請求項１に記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 化合物半導体基体の｛１００｝結晶面よ
    り成る主面上に、順次少なくとも分布反射型多層膜、活
    性層及びクラッド層を、少なくとも上記活性層の側面が
    〈００１〉結晶軸方向に延長する｛１１０｝結晶面より
    構成されるように形成した後、 全面的に無選択エッチングを行って上記活性層の上記側
    面をエッチング処理することを特徴とする半導体レーザ
    の製造方法。
  5. 【請求項５】 化合物半導体基体の主面上に側部が〈０
    ０１〉結晶軸方向に延長するメサ突起が設けられ、上記
    メサ突起の上に分布反射型多層膜を有し、 上記メサ突起を覆うように少なくとも活性層及びクラッ
    ド層が形成され、少なくとも上記活性層の側面が｛１１
    ０｝結晶面として構成され、 上記活性層から上記側面を介して上記分布反射型多層膜
    で反射される共振器が構成されて成ることを特徴とする
    半導体レーザ。
  6. 【請求項６】 化合物半導体基体上に分布反射型多層膜
    を有し、上記分布反射型多層膜上に化合物半導体より成
    るメサ突起はその側部が〈００１〉結晶軸方向に延長す
    るように設けられ、 少なくとも活性層及びクラッド層が上記メサ突起を覆う
    ように形成され、少なくとも上記活性層の側面が｛１１
    ０｝結晶面として構成され、 上記活性層から上記側面を介して上記分布反射型多層膜
    で反射される共振器が構成されて成ることを特徴とする
    半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 分布反射型多層膜が形成された化合物半
    導体基体上に、側面が｛１１０｝結晶面より成り〈００
    １〉結晶軸方向に延長する少なくとも活性層及びクラッ
    ド層から成るメサ状突起が形成されて成り、 上記活性層から上記側面を介して上記分布反射型多層膜
    で反射される共振器が構成されて成ることを特徴とする
    半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 化合物半導体基体上に、側面が｛１１
    ０｝結晶面より成り〈００１〉結晶軸方向に延長する少
    なくとも分布反射型多層膜と、活性層及びクラッド層か
    ら成るメサ状突起が形成されて成り、 上記活性層から上記側面を介して上記分布反射型多層膜
    で反射される共振器が構成されて成ることを特徴とする
    半導体レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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